三维DIC在铸铁拉伸试验中的应变测量精度研究

基于三维数字图像相关方法(3D-DIC)的拉伸实验研究了铸铁的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、抗拉强度、延伸率等拉伸力学性能参数．将3D-DIC应力-应变的测试结果与目前实验中使用广泛的接触式引伸计方法的实验结果作了对比,得到两者的应力-应变曲线基本重合,弹性模量相差不超过4%．此外,还对3D-DIC和机械引伸计的应变绝对误差和相对误差作了详细比较,实验表明3D-DIC在铸铁拉伸力学性能测试中具有足够的应变测量精度,完全可以取代传统引伸计成为一种有效的非接触式变形测量手段．     

基于二维DIC的脆性材料拉伸应力-应变曲线测定

在应变测量中,基于普通二维数字图像相关(2D-DIC)的光学引伸计易受到离面刚体位移的影响,从而使得应变测量精度不高。为此,提出了基于双反射镜成像技术的光学引伸计,将试样正反面同时记录在单相机的成像靶面上。在试样正反面对应位置各置一个光学引伸计,取两者应变平均值,则可消除离面刚体位移对光学引伸计应变测量结果的影响。基于该引伸计,开展了环氧树脂和铸铁两类脆性材料的单轴拉伸实验,分别得到了应力-应变曲线。实验结果表明,本文提出的引伸计比基于普通二维DIC的光学引伸计具有更高的应变测量精度,是一种便捷、高效、高精度的应变测量方法,非常适用于脆性试样的应变测量。     

薄钢板低周疲劳测试技术研究

汽车钢板材料由于厚度较薄,在低周应变疲劳性能测试中,试样容易发生屈曲,并且受限于试验段的标距,无法使用传统机械式引伸计进行应变的测量,在工程中,其低周疲劳性能的测试是一项技术难点。本文基于数字图像相关技术,提出了一种非接触式的光学引伸计,结合光学显微镜头和防屈曲装置,实现材料表面应变的实时监测。该动态应变测量系统使用普通的CCD相机,采用了优化的计算方法,应变测量的频率可以高达60Hz。该动态应变测试技术可以广泛地应用于各个工程领域的动态变形测量。     

基于视场分割的双远心镜头高精度视频引伸计

本文设计了一种基于视场分割的双远心镜头视频引伸计.该视频引伸计通过4个平面反射镜将双远心镜头的视场分割为2个空间上分离的视场,并通过视场标定技术确定了测量系统的放大率和两视场间的距离.在此基础上,通过数字图像相关法(DIC)跟踪试件上2个标记点的运动,获得标距段的伸长量,进而计算出应变.本文通过视场分割的方法扩大了双远...     

基于双向光学引伸计的材料弹性常数测量

当前,光学引伸计虽然应用较为广泛,但仍然存在泊松比测量精度不高的不足,主要原因是难以同时获得具有高精度的轴向应变与横向应变．因此,本文提出将基于双向视场分离技术的远心光学引伸计应用到材料泊松比测量中．利用该引伸计,可以同时采集试件两个方向四个视场的表面信息;通过测得的双向应变—荷载曲线,得到准确的材料泊松比和弹性模量．基于该引伸计,开展了水泥试件压缩试验、不锈钢试件与环氧树脂试件拉伸试验,分别得到试件的弹性模量与泊松比．结果表明：与电测法的数据对比,该引伸计具有较高精度与较好稳定性的特点,在准确测量材料弹性常数方面具有广泛的应用前景．     

自动消除载荷偏心影响的引伸计研究

本文基于拉伸圆截面试样圆周上各点的应变分析，提出一种自动消除载荷偏心影响的引伸计。该引伸计结构简单、可靠、使用方便。特别是在测定金属杨氏模量中更为适用。用电测实验对比校核的数据表明，自动消除载荷偏心影响引伸计安装在不同位置上测量的相对误差不超过０．５％。     

三维DIC在GFRP锚杆拉伸力学性能测试中的应用

随着玻璃纤维增强塑料(GFRP)广泛运用于轨道交通及边坡加固中,其力学性能的测试显得尤为重要。基于三维数字图像相关(DIC)方法,研究了三种不同加载速率下GFRP锚杆的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线及弹性模量、抗拉强度、最大力总延伸率等参数。实验结果表明,螺旋状变截面锚杆的轴向应变呈非均匀分布,由三维DIC得到的锚杆弹性模量结果一致性优于传统的接触式引伸计方法,GFRP锚杆几乎呈线性分布的应力-应变曲线表明该材料为典型的脆性材料。     

数字图像相关法观测剪切应变场教学实验

基于上海大学自行研制的数字图像处理系统,开发了观测板状试样剪切应变场的实验教学项目,可测得应变的全场分布情况,并将数字图像相关法的实验结果与引伸计法进行了比较。该教学实验有助于加深学生对剪切应变概念的理解,培养科研兴趣,有利于提高学生的综合素质。     

基于超灵敏视频引伸计的飞行器舵机连杆拉压刚度准确测量

舵机连杆拉压刚度的准确测量对于飞行器舵机的安全服役至关重要,而拉压刚度的准确测量则高度依赖于舵机连杆变形的高精度测量.传统的夹持式引伸计虽然可用于材料或结构拉压变形的精确测量,但其测量标距通常较为有限,不能满足复杂工程结构(如飞行器舵机连杆等)变形测量的实际需求.基于远心成像镜头的非接触光学视频引伸计也能满足结构变形的...     

高精度应变式引伸计的研究

大量程引伸计的弹性元件处于大变形工伯状态，引伸计的非线性矛盾较突出。实验研究表明，某些结构的弹性元件，其线性度与结构的组合尺寸有关，存在着最佳线性条件，根据最佳条件和对夹持机构的考虑，设计了两种新型高精度引伸计。     

裂纹纹尖弹塑性应力应变场的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对聚碳酸脂材料的裂纹尖端弹塑性应力、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果,有限元计算采用了各向同性多线性随动强化的本构模型，较好地模拟了材料应力、应变曲线，并对裂纹尖端进行了有限元网格的细化,通过对实验结果和有限元计算结果的比较，可以发现两者具有相近的趋势。     

遥测自动云纹引伸仪——实时位移测量系统

云纹法是一种新的位移场或应变场测试技术，本文采用云纹法论述的遥测自动云纹引伸仪系统包括云纹引伸仪、位移信息转换和传输装置以及显示接收监测台。由于采用了轮形光栅从而使引伸仪突破了传统的测量限制，从理论上讲，量程可达无穷大。     

利用有限测点的振动位移预测全局应变的研究

在结构的健康监测中,应变和位移是较为常用的监测对象。传统的位移和应变获取主要采用接触式测量,如粘贴加速度传感器或应变片,虽然这种方法应用广泛但是对于轻质或旋转结构较为困难。非接触测量由于没有附加质量故可以获得较为精确的振动位移,但如何利用位移获取全局应变的研究还相对缺少。本文主要采用双目立体视觉技术获取结构上有限测点的振动位移,通过模态扩展理论将有限测点的位移扩展为全局位移,并根据应变模态与材料力学中应变和位移的关系预测结构的全局应变。在不同的激励情况下,将本文方法的预测结果与应变片测量结果对比,结果表明本文方法具有一定可行性,能够进行全场的非接触式应变测试。     

新型各向异性核工业石墨断裂力学行为的实验研究和数值分析

本文分别采用激光和白光DSCM(数字散斑相关测量)方法对一种新型各向异性核工业石墨的裂纹尖端位移、应变场进行了实验研究，两种方法都取得了较好的结果。考虑核工业石墨制备过程形成的各向异性特点，本文构建了三维各向异性有限元模型，采用奇异单元，计算模拟石墨裂纹尖端的变形和应力场，通过对实验结果和有限元计算结果的比较可以发现两者具有相近的趋势。     

一种非接触式测定材料弹性常数的新方法

提出一种非接触式测定材料弹性常数的新方法———通过测量由激光脉冲轰击试件表面产生的纵波和表面波速度，求得材料弹性常数．这种方法具有非接触性，适用于高温、有毒等环境下（或在线）的测量．所得的结果表明，该方法为特殊环境下弹性常数的非接触测量提供了一种行之有效的方法．     

利用位移引伸计测定薄板单轴损伤演化曲线的试验方法研究

一套准确而又简便的测试损伤变量的实验方法，对于推动连续介质损伤力学的工程应用是至关重要的。本文系统研究了利用位移引伸计测定薄板材料单轴损伤演化曲线的试验方法。采用引伸计测量大圆弧变截面试样中心部位某一标距段的伸长量，然后计算得到弹性模量的变化，进而确定损伤变量。文中就试样形状尺寸的确定、主损伤区弹塑性大应变的测控和卸载弹性模量的稳定性、与精确测量等关键测试技术问题进行了深入细致的分析和实验研究，并从多角度对该试验方法的正确性进行了实验验证。文中还介绍了该试验方法在确定LY12-CZ铝合金薄板单轴损伤演化曲线的应用，实验表明本文建议的试验方法是简便有效的，初步奠定了发展标准化损伤曲线测试方法的基础。     

基于三维DIC方法的高强钢拉伸力学性能测定

高强度钢在建筑等工程领域发挥着极为重要的作用,因此准确测定其力学性能具有至关重要的意义．鉴于传统机械引伸计在小尺寸试样变形测试中的不便性,利用三维数字图像相关(3D-DIC)方法,对8.8级螺栓和Q690钢这两类试样在单轴拉伸试验全过程中的变形进行了测试,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、强度极限、断后延伸率和断面收缩率,由于试样在屈服阶段应变增加而应力基本不变,因此同时研究了该阶段中试样从弹性变形演化到塑性变形的发展规律．实验结果表明三维DIC在小尺寸试样力学性能测试方面具有很强的优越性,可用来灵活地测量变形并研究变形的演化规律．     

基于数字图像测量技术的尾粉砂动三轴试验研究

尾粉砂的动力学特性往往通过室内动三轴试验来进行研究,因此试验数据的精度尤为重要。本文将数字图像测量技术应用于土工动三轴试样的应变测量中。采用Butterworth数字滤波器进行数据降噪处理,并将图像测量获得的整体应变结果与传感器测量的应变结果进行了比较,表明通过图像测量方法测得的数据更能反映试样的真实变形。以某地饱和尾粉砂动三轴试验为例,通过采用该种非接触式测量方法,分别得到试样局部的动位移和动应变,进而得到动模量随动应变的变化规律,并与传感器得到的数据进行比较,结果表明,局部的动模量分布在整体动模量衰减曲线周围,并且在小变形下不同位置处其动模量与整体动模量差别较大,应变较大时,局部动模量趋于整体动模量。     

一种基于动态参考瑞利散射谱的分布式光纤大应变解调方法

基于光频域反射计(OFDR)的分布式光纤系统在结构健康监测领域得到广泛关注,通过对参考瑞利散射谱和测量瑞利散射谱进行互相关分析来确定谱偏移量,进而转化为结构应变。这种分布式光纤的应变解调方法具有较高的空间分辨率和测量精度,但在光纤受到较大应变时(超过3000με)会出现瑞利散射谱信号急剧衰减,从而导致互相关分析无法解调应变。本文提出了一种OFDR分布式光纤的大应变分步解调方法,采用动态参考瑞利散射谱取代固定参考瑞利散射谱的方法来突破大应变测量的限制。通过对复合材料层合板拉伸实验的大应变测量表明,本文所提出的光纤应变解调方法能稳定和可靠地测量10000με以上的大应变情况。     

考虑磨损的接触式端面密封模型及试验

针对油润滑窄端面接触式端面密封,建立了考虑端面稳定磨损的密封性能分析模型. 基于流体承载和固体接触承载共同平衡闭合力的传统思路,引入Archard磨损模型,创新性地提出沿窄端面径向方向磨损均匀假设,从而使用半解析方法得到近似固体接触力、流体承载力及介质膜厚分布. 在此基础上耦合密封环组件力和热变形,最终得到密封泄漏量、端面温度等性能参数. 相应台架试验结果也较好地验证了模型的正确性. 所建模型对于窄端面接触式端面密封的性能分析和密封优化设计具有指导意义.